Анализ систем теплоснабжения.

   Общий кризис экономики, систематическое выделение финансовых средств по остаточному принципу вызвали резкое ухудшение состояния коммунальных объектов в России. Построенные в советское время централизованные заводские котельные уже по нескольку раз выработали свой ресурс. Внутризаводские теплотрассы обветшали. Перепрофилирование производственных помещений вызывает необходимость изменения схем их отопления. В результате приватизации многие производства разделены на несколько независимых частей, при этом котельная остается в собственности одного юридического лица. В такой ситуации местный монополист не только может, а реально, в большинстве случаев, увеличивает в несколько раз тарифы на отопление.

   Даже при условии отсутствия всех экономических сравнительных расчетов по капитальным и эксплуатационным затратам критерий выбора системы отопления по принципу децентрализации вполне достаточен, чтобы понять, насколько такая система экономичней:

• - потери при производстве и передаче тепла;
• - регулируемость системы по заданной температуре непосредственно в рабочей зоне;
• - прямые затраты на отопление, эксплуатационные затраты на содержание системы;
• - легкость перевода системы отопления на дежурный режим (поддерживающий минимальный температурный режим в нерабочее время).

   Энергосберегающая система теплоснабжения – это система, которая производит и передает тепло с наиболее высоким коэффициентом полезного действия. Самый простой способ сделать систему отопления энергосберегающей – приблизить производство тепла к потребителю этого тепла. Это и есть принцип децентрализации. Любая децентрализованная система при анализе вышеперечисленных параметров будет иметь преимущества перед централизованной, и может считаться энергосберегающей системой.

   В настоящее время основными типами оборудования для децентрализованных систем, являются достаточно традиционные нагревательные устройства, основанные на прямом нагреве теплоносителя. Как отмечают многие специалисты, такие устройства обладают целым рядом недостатков, снижающими их конкурентоспособность по сравнению с централизованными системами теплоснабжения. Среди них: более высокий удельный расход топлива и потенциально более высокая опасность в эксплуатации. Кроме этого, при эксплуатации твердотопливных котлов необходимо доставлять, разгружать и хранить топливо, утилизировать шлаки, устанавливать и эксплуатировать очистные системы. Кочегары должны работать в три смены, что значительно увеличивает эксплуатационные расходы. Использование котлов на жидком топливе снимает часть проблем, однако стоимость жидкого топлива значительно выше, чем твердого. Поэтому реально выбор стоит между газом и электричеством.

   По мнению экспертов в течение ближайших двух лет потребности в газе превысят объемы его добычи. Из этого следует, что тарифы на газ и стоимость выделения лимитов на подключения к газовой сети будут расти. Потребитель покупает не топливо, а средство для получения тепла. Не топливо должно быть дешевым, а тепло, которые потребители получают во время зимних вьюг.

Перечислим некоторые современные виды отопительного оборудования, работающие на газе:

1. Газовые котлы.

Котел КЧМ-5-К-85-27: номинальная производительность 84,5 кВт, отапливаемая площадь 845 м2, КПД 88,7%, расход газа 9 м3/час, дымовая труба: высота 9 м, сечение 270 см2 , уровень звуковой мощности работающего котла не более 80 дБА.

2. Промышленные теплогенераторы (воздухонагреватели) рекуперативного типа.

Теплогенератор состоит из корпуса, камеры сгорания и теплообменника, снабжен вентилятором, блочной горелкой и шкафом управления. В теплообменнике теплогенератора рекуперативного типа при одновременном протекании теплообменивающихся сред теплота от продуктов сгорания к нагреваемому воздуху передается через разделяющую их стенку.

ТВГ-200: тепловая мощность не более 200 кВт, подача нагретого воздуха до 5 000 м3/час, КПД 90-92%, расход газа 25 м3/час.

3. Инфракрасные газовые потолочные обогреватели.
   • - «светлые» высокотемпературные (температура излучающей поверхности tизл. > 1000°С);
   • - «светлые» среднетемпературные (температура излучающей поверхности 800 < tизл. < 600°С);
   • - «темные» (температура излучающей поверхности 400 < tизл. < 600°С);
   • - «субтемные» (температура излучающей поверхности 200 < tизл. < 400°С).

   Чем выше температура теплоотдающих поверхностей, тем эффективней работа системы отопления и тем выше ее пожароопасность. КПД систем ИК отопления – 92%.

Для работы излучателя требуется подведение газа и электропитания. Точно дозированное количество газа поступает в смесительную трубу, где смешивается с воздухом в легковоспламеняющуюся смесь (газ-воздух). Она равномерно распределяется в смесительной камере, предварительно подогревается и затем попадает в керамическую плитку. В плитке находятся тысячи маленьких отверстий, в которых происходит процесс горения смеси газ-воздух. При горении плитка нагревается до температуры 9000°С. Плитка изготавливается по специальной рецептуре для более быстрой теплоотдачи. Это необходимо для процесса «низкотемпературного» горения, при котором значительно снижаются выбросы вредных продуктов сгорания (СО2 и NO2). Газовые ИК излучатели могут быть различных температурных уровней:

4. «Конденсатные» или «конденсаторные» газовые котлы.

Использования при конструировании котлов коррозионно-стойких легких сплавов и нержавеющих сталей, позволило получить дополнительное тепло от уходящих продуктов сгорания, за счет конденсации водяных паров, образующихся при сжигании топлива. Таким образом, получается дополнительное количество тепла – до 10,7 % при сжигании газа и до 5,95 % при сжигании солярки. Следствием этого и являются значения КПД, превышающие 100%. В среднем за отопительный сезон современные конденсирующие газовые котлы способны достигать КПД до 106–108%, рассчитанного относительно низшей удельной теплоты сгорания.

Наибольшая эффективность, а соответственно повышенный КПД, достигается при работе котла в низкотемпературной системе отопления. Когда речь идет о странах с достаточно мягкими климатическими условиями, где для отопления помещений достаточно применения низкотемпературных отопительных контуров, использование такой техники действительно целесообразно. Но даже в средней полосе России, при температуре окружающей среды зимой –20°C, эксплуатация отопительного котла в низкотемпературном режиме для отопления отдельного здания не принята – воздух в помещении может просто не прогреться.

5. Когенерационная установка.

Когенерационная установка позволяет использовать то тепло, которое обычно просто теряется. Она состоит из газового двигателя, генератора, системы отбора тепла и системы управления. Тепло отбирается из выхлопа, масляного радиатора и охлаждающей жидкости двигателя. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 150 кВт тепловой мощности в виде горячей воды для отопления и горячего водоснабжения. Когенераторные электростанции успешно покрывают потребность в дешевой электрической и тепловой энергии в диапазоне электрической мощности от 0,5 до 8 МВт.

   Теперь перейдем к рассмотрению вопроса отопления с помощью электроэнергии. Из электрических тепловых установок мы рассмотрим только наиболее современные, высокоэффективные, автономные, энергосберегающие системы отопления: тепловые насосы и вихревой теплогенератор «ВТГ».

   В тепловом насосе источником тепла может быть скалистая порода, земля, вода или, например, воздух. Охлажденный теплоноситель, проходя по трубопроводу, уложенному в землю (озеро) нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.

   Внутренний контур теплового насоса заполнен хладогеном. Хладоген подбирается такой, чтобы мог закипать даже при минусовой температуре. Поэтому, даже когда совсем холодную воду прогоняют насосом через каналы испарителя, жидкий хладоген все равно испаряется. Далее пар втягивается в компрессор, где сжимается. При этом его температура сильно увеличивается (до 90-100°С). Затем горячий и сжатый хладоген направляется в теплообменник конденсатора, охлаждаемый водой или воздухом. На холодных поверхностях пар конденсируется, превращаясь в жидкость, а его тепло передается охлаждающей среде. Воду используют в системе отопления или горячего водоснабжения, а хладоген, теперь снова жидкий, направляется на дросселирующий вентиль, проходя через который он теряет давление и температуру, а затем опять возвращается в испаритель. Цикл завершился, и будет автоматически повторяться, пока работает компрессор.

   Тепловые насосы могут использовать в качестве источника тепла энергию грунта земельного участка. Трубопровод, в котором циркулирует жидкий теплоноситель, зарывается в землю. Не обязательно укладывать контур ниже уровня промерзания почвы – глубина в 1м является оптимальной. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами – 0,8...1,0м. Специальной подготовки почвы, засыпок и т.п. не требуется. Желательно использовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами, однако сухой грунт не является помехой – это приводит лишь к увеличению длины контура. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода 20…30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длинной 350...450 метров, для укладки такого контура потребуется участок земли площадью около 400 м2 (20х20 м). Тепловые насосы целесообразно использовать в основном на небольших отдельно стоящих объектах с земельными участками. Применение тепловых насосов требует значительных капитальных затрат. Выбор тепловых насосов в качестве источника теплоснабжения целесообразно проводить еще на этапе проектирования объекта.

   Серийно выпускаемый вихревой теплогенератор «ВТГ» представляет собой стандартный асинхронный электродвигатель 3000 об/мин, напряжением питания 380 В, смонтированный на одной раме с рабочим органом, преобразовывающим механическую энергию в тепловую. При монтаже и подключение «ВТГ» не требуется согласований с органами энергонадзора, так как электрическая энергия используется для вращения электродвигателя, а не для прямого нагрева теплоносителя. Они полностью подготовлены для подключения к новой или существующей системе отопления, а конструкция и габариты тепловой установки упрощают ее размещение и монтаж в тепловом узле.

   Высокая эффективность вихревых теплогенераторов позволяет при укрупненном подборе мощности применять норматив 1 кВт установленной мощности электродвигателя на 15-20 м2 площади (на объем 45-50 м3), в то время как для других видов тепловых установок применяется норматив 1 кВт тепловой энергии на 10 м2 площади. Исходя из укрупненного норматива, тепловые установки должны обогревать условные типовые жилые, бытовые, культурно-развлекательные помещения, помещения производственно-хозяйственного назначения и т.д..

   В обогреваемых помещениях может поддерживаться любой температурный режим. Например, для жилых помещений – 20-22°С, производственных – 15-18°С, складских – 8-12°С. Регулирование температурного режима производится заданием температурного диапазона теплоносителя. При нагреве теплоносителя до заданной максимальной температуры, тепловая установка отключается, при охлаждении теплоносителя до минимальной заданной температуры – включается. Тепловая установка вырабатывает ровно столько тепловой энергии, сколько составляют теплопотери обогреваемого объекта. При соответствии мощности установки обогреваемому объему и СНиПовским теплопотерям в среднем за отопительный сезон, тепловая установка работает 25-30% времени. Поэтому при укрупненных расчетах финансовых затрат на отопление нами применяется коэффициент Краб.= 0,3.

   На заводе-изготовителе каждый вихревой теплогенератор перед отгрузкой потребителю проходит проверочные испытания.

   На стенде проведены испытания всех вихревых теплогенераторов, изготовленных на производстве с установленной мощностью электродвигателя от 5,5 кВт до 315 кВт. Выработанная тепловая мощность составила 100 – 110% от затраченной электрической мощности электродвигателя.

   При анализе результатов испытаний необходимо обратить внимание на факт снижения номинального тока электродвигателей на 30% при нагреве воды с 30°С до 80°С. То есть вихревые теплогенераторы «ВТГ» более эффективно работают при более высоких температурах теплоносителя. Как показала практика применения вихревых теплогенераторов, КПЭ, получаемый при эксплуатации, выше, чем полученный при испытаниях. После нескольких дней эксплуатации агрегаты тепловой установки «притираются», номинальные токи электродвигателя снижаются без снижения вырабатываемой тепловой мощности.

   Вихревые теплогенераторы «ВТГ» эксплуатируются во многих регионах Российской Федерации, ближнем и дальнем зарубежье: в Москве и Московской области, Архангельске, Владимире, Екатеринбурге, Калининграде, Нижнем Новгороде, Омске, Оренбурге, Самаре и других городах, в Якутии, Ставропольском крае, на Дальнем востоке, в Белоруссии, Казахстане, Узбекистане, Украине, Канаде, Болгарии и Южной Корее и многих других.

   Более подробная информация о вихревых теплогенераторах, в том числе фотографии некоторых объектов, и тепловых узлов на которых установлены «ВТГ», размещена на сайте производителя www.ooo-vtg.ru.